添加微量钪、锆的高强高韧铝合金铸锭均匀化及性能预测

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本论文采用室温力学性能测试、电导率测定、硬度测定、金相显微分析(OM)、扫描电子显微分析(SEM)、X射线衍射分析(XRD)和透射电子显微分析(TEM),研究了Al-Cu-Mg-Sc-Zr和Al-Zn-Mg-Sc-Zr合金不同均匀化工艺下合金的组织和性能,优化了均匀化工艺,在此基础上,分别以Al-Cu-Mg-Sc-Zr及Al-Zn-Mg-Sc-Zr为研究对象,运用Matlab神经网络工具箱编程,采用Levenberg-Marquardt算法对权值和阈值进行训练,分别建立以均匀化热处理温度和时间与电导率高度非线性BP神经网络预测模型和铝锌镁钪合金均匀化工艺参数到合金性能的BP神经网络预测模型。试验结果表明:   (1)在微量添加的钪、锆的2524合金铸锭均匀化过程中,合金显微组织结构发生两个方面的变化:一方面,360℃以下均匀化,过饱和固溶体会分解析出平衡的θ相和S相,合金过饱和程度降低,硬度随之下降,电导率上升;另一方面,随均匀化温度升高,360℃以上均匀化,这些析出相和凝固过程中形成的二元和三元平衡相又重新溶入固溶体中形成新的过饱和固溶体,合金硬度上升,电导率下降。320℃/8h均匀化处理后合金综合力学性能最佳。   (2)Al-Zn-Mg-Sc-Zr铸态合金显微组织不均匀,由非平衡过饱和铝基固溶体和少量平衡的T(Mg32(Al,Zn)49)相组成。均匀化过程中非平衡过饱和铝基固溶体先分解析出大量平衡相、之后平衡相又逐渐回溶入固溶体基体,显微组织均匀化的同时析出大量纳米级Al3(Sc,Zr)弥散相,经300℃/24h均匀化处理,合金析出的Al3(Sc,Zr)质点最细小弥散。   (3)微量Sc、Zr在Al-Cu-Mg和Al-Zn-Mg合金中以初生的Al3(Sc,Zr)质点和次生Al3(Sc,Zr)质点形式存在,主要起晶粒细化、抑制再结晶和Al3(Sc,Zr)析出强化的作用。   (4)建立的复合添加微量钪锆的2524铸态合金均匀化热处理温度和时间与电导率高度非线性BP神经网络预测模型能较好的反映均匀化工艺参数与电导率之间的内在规律,泛化检测点相对误差≤±0.006,表明该神经网络模型具有较高的预测精度和良好的泛化能力。   (5)建立的以铝锌镁钪合金为研究对象,以均匀化温度和时间为输入、以评估均匀化处理程度性能参数电导率和硬度为输出的BP神经网络预测模型具有较高的预测精度和良好的泛化能力,泛化检测点电导率相对误差≤+0.23%,硬度相对误差≤+1.90%,能较好的反映均匀化工艺参数与性能之间的内在规律,可有效预测和分析均匀化性能随均匀化工艺的变化。
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